(57)【要約】【課題】音声信号をデジタル処理で補正することにより、スピーカにおける立ち上りの劣化を防止する音声信号補正装置を提供する。【解決手段】音声信号補正装置において、入力音声信号を構成するデジタルデータについて、１又は数サンプル前のデータとの差分を取得する差分取得手段１１〜１５、２１〜２５と、あるデータについて、差分取得手段で取得した差分に基づき、差分が大きいほど値を増大させる補正を行う補正手段１６、１７、２６、２７とを設ける。補正手段による補正は、前記差分が所定値以上である場合に行うようにする。前記補正は、たとえば前記差分が大きいほどより大きく値が指数関数的に増大するような補正である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声信号を構成するデジタルデータについて、１又は数サンプル前のデータとの差分を取得する差分取得手段と、
あるデータについて、前記差分取得手段で取得した差分に基づき、差分が大きいほどより大きく値を増大させる補正を行う補正手段とを具備することを特徴とする音声信号補正装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記補正を、前記差分が所定値以上である場合に行うものであることを特徴とする請求項１に記載の音声信号補正装置。
【請求項３】
前記補正は、前記差分が大きいほどより大きく値が指数関数的に増大するような補正であることを特徴とする請求項１又は２に記載の音声信号補正装置。
【請求項４】
前記補正は、前記差分の増分に比例して値が増大するような補正であることを特徴とする請求項１又は２に記載の音声信号補正装置。
【請求項５】
前記補正は、前記差分をｘ、ｘの関数をｙとすれば、差分ｘの値に対応する関数ｙの値を前記あるデータに乗ずる補正であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の音声信号補正装置。
【請求項６】
入力音声信号を構成する各データについて、１又は数サンプル前のデータとの差分を取得する差分取得工程と、
各データについて、前記差分取得手段で取得した差分に基づき、差分が大きいほどより大きく値を増大させる補正を行う補正工程とを具備することを特徴とする音声信号補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカに供給する音声信号を補正する音声信号補正装置及び音声信号補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
打楽器などの音はアタック（音の立ち上り）が強い。しかし、このような音をスピーカで出力する場合、スピーカがアタックのタイミングに瞬時に追従して振動しないため、立ち上りが悪くなったように聞こえる。この現象は、スピーカのコイルや、コーン紙の歪みなどの影響により生じる場合が多い。
【０００３】
従来、この問題を解決するために、次のようなスピーカにおける部品の改良が行われている。すなわち、入力音声信号が無音状態から有音状態音に移行したときや、瞬時に大きく立ち上がる音声信号が入力されたときのスピーカから聞こえる音の立ち上りを改善するために、軽いコーン紙を使用することにより応答性を向上させたり、コイルの構造を変えて磁力を強くするよことにより慣性の影響を少なくしたり、ダンパを変えて応答性を改善したりすることが行われている。
【０００４】
図８は上述の問題を解決する別の方法を示す。この方法はモーションフィードバックと呼ばれる方法である。この方法においては、同図に示すように、入力音声信号Ｓに基づいてスピーカ８１を駆動するに際し、スピーカ８１から出力される音を、スピーカ８１の前に配置したマイク８２により検出し、得られた音声信号Ｍと、入力音声信号Ｓとの差分Ｓ−Ｍを入力側に戻して補正を施すようにしている。差分Ｓ−Ｍは、スピーカ歪みとして、次の入力音声信号と一緒に補正することによって、時間的な誤差を軽減するようにしている。
【０００５】
また、さらに別の解決方法を具体化したものとして、音声信号の立ち上りを検出し、検出信号が所定の大きさ以上である場合に、所定の短期間だけ音声信号のレベルを増大させることにより、音の立ち上り感を向上させるようにした音響効果装置も知られている（たとえば、特許文献１参照）。立ち上りの検出は、整流回路や微分回路を用いて行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−９０８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のスピーカの部品を改良する方法によれば、コーン紙は軽くすると強度が弱くなるので、軽いコーン紙を使用すると、コーン紙が分割振動を起こす。そうすると、ボイスコイルに近い箇所は良好に振動するのに対し、ボイスコイルから遠い箇所では振動が遅くなり、高い周波数に対する振動の追従性が悪化する。つまり、入力音声信号に従って駆動しない。その結果が音の歪みとして現れる。逆にコーン紙の強度を高くすると、コーン紙は重くなり、コーン紙が振れて戻るときに慣性で振れが大きくなったり、高い周波数の音声信号が入力されても応答性が悪くて信号に追従しなくなったりする。
【０００８】
また、ダンパの改良や、軽く歪まないコーン紙の使用、ボイスコイルの選定等によりスピーカの構成の面において立ち上りを改善する対応を行ったとしても、信号を音に変換する際、ボイスコイルの磁力によってスピーカを駆動させているので、必ず変換損失が生じる。つまり、スピーカから出力される音声については、スピーカ側だけの対応では、十分に入力音声信号に対するリニアリティを保持することができない。
【０００９】
また、上述のモーションフィードバックによれば、スピーカから出力される音声をマイクで検出するようにしているので、特殊なスピーカや配線が必要となるため、実用的ではない。さらに、出力された音声を、マイクを介して帰還させるようにしているので、補正のタイミングがずれて、歪んだ音がスピーカから出力される。
【００１０】
また、上述の音響効果装置によれば、種々のアナログ素子を用い、アナログ回路として構成されているので、デジタル音声信号に対しては、そのまま適用することができない。
【００１１】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、スピーカの特性に起因する出力音における立ち上りの劣化を、スピーカに供給する音声信号をデジタル処理で補正することによって抑制することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するため、第１の発明に係る音声信号補正装置は、入力音声信号を構成するデジタルデータについて、１又は数サンプル前のデータとの差分を取得する差分取得手段と、あるデータについて、前記差分取得手段で取得した差分に基づき、差分が大きいほどより大きく値を増大させる補正を行う補正手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
第２の発明に係る音声信号補正装置は、第１発明において、前記補正手段は、前記補正を、前記差分が所定値以上である場合に行うものであることを特徴とする。
【００１４】
第３の発明に係る音声信号補正装置は、第１又は第２発明において、前記補正は、前記差分が大きいほどより大きく値が指数関数的に増大するような補正であることを特徴とする。
【００１５】
第４の発明に係る音声信号補正装置は、第１又は第２発明において、前記補正は、前記差分の増分に比例して値が増大するような補正であることを特徴とする。
【００１６】
第５の発明に係る音声信号補正装置は、第１〜第４のいずれかの発明において、前記補正は、前記差分をｘ、ｘの関数をｙとすれば、差分ｘの値に対応する関数ｙの値を前記あるデータに乗ずる補正であることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明に係る音声信号補正方法は、入力音声信号を構成する各データについて、１又は数サンプル前のデータとの差分を取得する差分取得工程と、各データについて、前記差分取得手段で取得した差分に基づき、差分が大きいほどより大きく値を増大させる補正を行う補正工程とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、スピーカに供給する音声信号を、デジタル処理で補正し、スピーカの特性に起因する出力音における立ち上りの劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るオーディオ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の装置における信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の装置における絶対値回路が出力する差分と、出力ゲイン生成部が生成する出力ゲインとの関係を示す図である。
【図４】図１の装置における信号処理部から出力される音声信号の一例を示す図である。
【図５】図４の一部を拡大して示す図である。
【図６】図１の装置における絶対値回路が出力する差分と、出力ゲイン生成部が生成する出力ゲインとの関係の別の例を示す図である。
【図７】図１のオーディオ装置についての変形例を示す図である。
【図８】スピーカからの音の立ち上りを改善するためのモーションフィードバックと呼ばれる従来の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係るオーディオ装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、この装置は左右のチャンネルのデジタル入力音声信号に対して所定の補正を施す信号処理部１、信号処理部１からのデジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するＤＡ変換器２、ＤＡ変換器２からのアナログ音声信号を増幅するアナログアンプ３、アナログアンプ３からの音声信号を音響に変換するスピーカ４、及び左右のチャンネルのアナログ入力音声信号をデジタル音声信号に変換して信号処理部１に供給するＡＤ変換器５を備える。ＡＤ変換器５はオーディオ装置に対してデジタル入力音声信号の代わりにアナログ入力音声信号が入力される場合に用いられる。
【００２１】
図２は、信号処理部１の構成を示すブロック図である。同図に示すように、信号処理部１は、左チャンネルの入力音声信号として順次入力される各データについて、入力されたデータＬｄの１サンプル前のデータを出力する遅延素子１１、入力データＬｄを０．５倍する乗算器１２、遅延素子１１の出力を−０．５倍する乗算器１３、乗算器１２及び１３の出力を加算する加算器１４、加算器１４の出力を絶対値化する絶対値回路１５、絶対値回路１５の出力に基づき、所定のリニアリティ補正カーブに従い、入力データＬｄに対する補正値としての出力ゲインを生成する出力ゲイン生成部１６、及び出力ゲイン生成部１６からの出力ゲインを入力データＬｄに乗じて信号処理部１の左チャンネル側の出力とする乗算器１７を備える。
【００２２】
同様に、右チャンネルの入力音声信号として順次入力される各データについて、入力されたデータＲｄの１サンプル前のデータを出力する遅延素子２１、入力データＲｄを−０．５倍する乗算器２２、遅延素子２１の出力を０．５倍する乗算器２３、乗算器２２及び２３の出力を加算する加算器２４、加算器２４の出力を絶対値化する絶対値回路２５、絶対値回路２５の出力に基づき、上記リニアリティ補正カーブに従い、入力データＲｄに対する補正値としての出力ゲインを生成する出力ゲイン生成部２６、及び出力ゲイン生成部２６からの出力ゲインを入力データＲｄに乗じて信号処理部１の右チャンネル側の出力とする乗算器２７を備える。
【００２３】
信号処理部１は固定小数点演算に対応したＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）により構成される。このようなＤＳＰの場合、表現できるデータの値は−１以上でかつ１未満である。乗算器１２、１３、２２、及び２３により０．５倍又は−０．５しているのは、加算器１４及び２４により得られる１サンプル前のデータとの差分を、−１以上かつ１未満となるように正規化するためである。正規化された値は、絶対値回路１５又は２５によって０．０以上でかつ１．０未満の値とされる。
【００２４】
図３は絶対値回路１５又は２５が出力する差分ｘと、出力ゲイン生成部１６又は２６が生成する出力ゲインｙとの関係を示す。この関係を示すグラフ曲線が上述のリニアリティ補正カーブであり、次の数１式で示される。αは所定の定数である。
【数１】
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【００２５】
ただし、図３では、αが０．２の場合について示している。出力ゲイン生成部１６及び２６は絶対値回路１５及び２５からの差分値ｘに基づき、数１式に従い、出力ゲインｙを求め、乗算器１７及び２７に供給する。
【００２６】
この構成において、左チャンネルの音声信号のデータＬｄが入力されると、入力データＬｄは乗算器１２により０．５倍される。これと同時に、遅延素子１１が保持している入力データＬｄの１サンプル前のデータが乗算器１３により−０．５倍される。乗算器１２及び１３の出力は、加算器１４により加算され、加算値は絶対値回路１５により絶対値化される。これにより、入力データＬｄについて、１サンプル前のデータとの差分ｘが得られる。出力ゲイン生成部１６はこの差分ｘに基づき、上記数１式により出力ゲインｙを算出する。算出された出力ゲインｙは、乗算器１７により入力データＬｄに対して乗算される。これにより、入力データＬｄのレベルが補正され、補正されたデータが出力される。
【００２７】
この処理が繰り返され、順次入力される音声信号の各データについて、レベル調整が行われる。右チャンネルの音声信号についても、各要素２１〜２７により、同様にして、各入力データＲｄのレベルが、１サンプル前のデータとの差分ｘ及び数１式に基づいて順次補正され、ゲインｙが付与される。このようにして信号処理部１によりレベルが調整された左右のデジタル音声信号は、ＤＡコンバータ２によりアナログ信号に変換され、アンプ３により増幅され、そしてスピーカ４により音響に変換されて、放音される。
【００２８】
その際、絶対値回路１５及び２５が出力する差分ｘは、１サンプル前のデータ値に対する現在の入力データの変化量を表すが、この変化量が大きいとき、すなわち音が大きく立ち上がり、スピーカ４のコーン紙が大きく変位するとき、数１式に従い、出力信号のレベルが入力信号のレベルの０．８倍よりも大きくなる。音の立ち上りが小さいとき、出力信号のレベルは実質的に入力信号のレベルの０．８倍とされる。つまり、０．８倍を基準として、音の立ち上りが小さいときにはレベルは調整されず、大きく立ち上がるときにはレベルが指数関数的に増大するように調整されることになる。０．８倍を基準としたのは、上述のように、ＤＳＰで表現可能な値が１．０未満だからである。
【００２９】
図４は信号処理部１から出力される音声信号の一例を示す。図５は図４中の枠４１部分を拡大して示す。横軸は時間［秒］であり、縦軸はレベルを表す。図中の灰色のグラフ曲線は信号処理部１に対する入力音声信号を表しており、その背後に重なった黒色のグラフ曲線が出力音声信号を表している。１サンプル前のデータに対し、レベルが大きく増大しているデータについては、レベルがより大きくなるように補正されていることがわかる。
【００３０】
本実施形態によれば、入力データのレベルを、１サンプル前のデータのレベルとの差分ｘに基づき、数１式に従って補正するようにしたため、入力音声信号のレベルが大きく立ち上がるときにはレベルをより大きく増大させ、スピーカ歪を遅延なく打ち消して、スピーカ４の特性を向上させることができる。すなわち、スピーカ４の駆動は機械的なものであるため、駆動信号を与えても直ちには動作しないで徐々に加速していくが、かかるスピーカ４の物理的な動作の遅れを考慮し、スピーカ４の鈍い動作を改善することができる。これにより、スピーカ４において、良好な音の立ち上りを実現し、抜けの良い音を得ることができる。
【００３１】
その際、信号処理部１においては、フィルタを使用していないので、位相による遅れを生じさせることなく、かつ既知の技術よりも非常に軽い処理によって補正を行うことができる。また、音の立ち上りが大きいときに、レベルがより大きくなるような補正を行うようにしているので、スピーカ４の変換損失を考慮した補正を行うことができる。また、かかるスピーカ４のリニアリティの補正により、スピーカ４の特性を考慮した出力を行うことができる。また、帰還回路が無いので、発振することなく、安定した出力を得ることができる。
【００３２】
また、オーディオ装置の物理的な構成としては、マイクなどの検出手段は不要であり、配線も通常のシステムの場合と同じであるため、今までのシステムをそのまま使用することができる。
【００３３】
また、スピーカ４そのものにおいて措置を講ずるのではなく、スピーカ４に付与する信号において補正を行うようにしたので、次のような効果も得ることができる。すなわち、スピーカ４のコストを下げて、コストダウンを図ることができる。また、スピーカ４の質が良好でない場合においてもスピーカ４の特性を容易に補正することができるので、スピーカ４を軽くしてエコ製品化したり、テレビなどのスピーカの場合のように設置空間があまり取れないシステムの場合においても良好な音を実現したりすることができる。また、スピーカ４が異型スピーカである場合や、スピーカ４に個体差がある場合についても対応することができる。たとえば、スピーカ４の特性にばらつきがある場合、各スピーカ４の歪みをマイコンにより保持し、図３のリニアリティ補正カーブとして、スピーカ４毎に補正したものを適用することができる。またこれにより、既存のシステムに対しても、容易にリニアリティ補正カーブを適用することができる。
【００３４】
なお、本発明は上述実施形態に限定されることなく、適宜変形して実施することができる。たとえば、上述においては、出力ゲイン生成部１６及び２６において、絶対値回路１５及び２５からの差分ｘに対し、数１式を適用して出力ゲインｙを生成するようにしているが、その際、数１式の代わりに次の数２式を用い、差分ｘが０．６を下回る場合には出力ゲインｙとして一定の０．８を出力し、差分ｘが０．６以上の場合には、差分ｘの増分に比例して、０．８から１までリニアに変化する出力ゲインｙを出力するようにしてもよい。このときの差分ｘ及び出力ゲインｙの関係は図６で示される。
［数２］
ｘ＜０．６のとき、ｙ＝０．８
ｘ≧０．６のとき、ｙ＝（ｘ−０．６）×０．５＋０．８
【００３５】
あるいは簡略化して、次の数３式を用い、差分ｘが０．８を下回る場合には出力ゲインｙとして一定の０．８を出力し、差分ｘが０．８を超える場合には一定の値１．０を出力ゲインｙとして出力するようにしてもよい。
［数３］
ｘ＜０．８のとき、ｙ＝０．８
ｘ≧０．８のとき、ｙ＝１．０
【００３６】
また、上述においては、信号処理部１の出力を、ＤＡ変換器２によりアナログ信号に変換し、アナログアンプ３で増幅するようにしているが、この代わりに図７に示すように、信号処理部１の出力をそのままデジタルアンプ７１で増幅し、スピーカ４に供給するようにしてもよい。この場合においても、信号処理部１により入力音声信号のレベルが補正されるので、上述と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、上述においては、数１式においてαを０．２とした場合について説明したが、αの値はこれに限定されない。たとえば、αをより大きな値として、差分ｘがより小さい段階から出力ゲインｙを増大させるようにしてもよい。また、数１式において、ｘのべき乗数を８としたが、この代わりにたとえば１６として、リニアリティ補正カーブをより急峻なものとして、差分ｘがより大きい場合に補正が行われるようにしてもよい。すなわち、差分ｘのより大きい範囲において急激にレベルを増加させたり、差分ｘのより小さい範囲から徐々に補正を施したりするようにしてもよい。
【００３８】
また、上述においては差分ｘの関数ｙを用いて出力ゲインを求めるようにしているが、この代わりに、差分ｘに対する出力ゲインｙの対応テーブルを予め用意しておき、この対応テーブルに基づいて出力ゲインｙを求めるようにしてもよい。
【００３９】
また、上述においては、左右のチャンネルにおいて、遅延素子を１つずつ設け、１サンプル前のデータとの差分ｘに基づいて出力ゲインｙを決定するようにしているが、この代わりに、左右のチャンネルにおいて、遅延素子を複数段（ｎ個）ずつ設け、１サンプル前、２サンプル前、・・・、ｎサンプル前のデータそれぞれとの差分を総合的に考慮して出力ゲインｙを決定するようにしてもよい。たとえば、１〜ｎサンプル前のデータそれぞれとの差分の平均値や最大値を上述の差分ｘとして適用し、上述の数１式、数２式、又は数３式や対応テーブルにより出力ゲインｙを求めるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１：信号処理部、２：ＤＡ変換器、３：アナログアンプ、４，８１：スピーカ、１１，２１：遅延素子、１２，１３：乗算器、１４、２４：加算器、１５，２５：絶対値回路、１６，２６：出力ゲイン生成部、１７，２７：乗算器、７１：デジタルアンプ、８２：マイク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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【図５】
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